碱激发固废固结二氧化碳的建筑制品的制备方法及用途

技术领域

本发明涉及固废制备建筑制品技术领域，具体为碱激发固废固结二氧化碳的建筑制品的制备方法及用途。

背景技术

CO

其中一个重要途径是将固废通过有效处理并连同二氧化碳一起转化为新型建材产品，目前，水泥基材料是全球范围内的首要建筑材料，其全球年消耗量在300亿吨左右，绝大部分来自我国，由于巨大的使用量，水泥基材料的环境影响显著，目前，水泥产业的碳排放约占全球人类活动排放总量的8％。因此，建材行业十分注重开发绿色建材以降低资源消耗和环境成本，一些工业固废被用作常规混合材或掺合料生产绿色水泥基材料，如粉煤灰、矿粉、和钢渣等，但这些固废的利用率较低，如仅用于替代10-20％的水泥，难以实现大体积使用，因此不能有效解决工业领域的固废处理问题。

而目前关于CO

(Ca，Mg)xSiyH2z(s)+CO2(g)＝x(Ca，Mg)CO3(s)+ySiO2(s)+zH2O(1/g)

CO

1)、直接工艺为碳酸化反应由CO

2)间接工艺为首先用浸出剂媒质从矿物中浸出钙、镁离子，然后进行碳酸化反应生成碳酸盐及媒质，所用的媒质主要有盐酸、硫酸、氯化镁熔盐、乙酸、氢氧化钠等，媒质再循环利用。

在上述传统工艺路线中，直接干法工艺反应过程慢、反应条件苛刻、转化率低，直接湿法需采掘大量矿石，矿石处理能耗高，并会引起环境问题，间接路线存在媒质再利用能耗高、腐蚀性强等缺陷，总之现有的工艺技术存在经济成本高、难于工业化的问题；

现针对上述存在的问题，提出碱激发固废固结二氧化碳的建筑制品的制备方法及用途。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了碱激发固废固结二氧化碳的建筑制品的制备方法及用途，具备固碳效率高、固碳时间短、能耗低和产品抗压强度高的优点。

(二)技术方案

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：碱激发固废固结二氧化碳的建筑制品的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将粉煤灰作为主要原料与钢渣混合制成混合物；

步骤二：在步骤一得到的混合物中加入碱性激发剂混合得到浆料；

步骤三：将步骤二得到的浆料置入模具中，压制成型坯体；

步骤四：将步骤三得到的成型坯体经碳化后得到所述建筑制品。

进一步，所述碱性激发剂为氢氧化钠与水玻璃的混合物。

进一步，步骤一中制备混合物的具体操作如下：

按配比加入粉煤灰、钢渣、骨料和水混合搅拌均匀得到混合物；

步骤二中制备浆料的具体操作如下：

将碱性激发剂以水溶液形式掺入混合物内，经混合搅拌得到浆料。

进一步，在步骤三中，压制成型坯体的具体操作如下：

将置入浆料的模具在压力10MPa、保压30s的条件下，成型坯体。

进一步，在步骤四中，将成型坯体经碳化操作前，还包括：

将成型坯体在温度(20±2)℃、湿度不低于95％的室内环境中静置120min。

进一步，在步骤四中，将成型坯体经碳化的具体操作如下：

1)、将成型坯体置于碳化反应室中，所述碳化反应室中还设置吸水树脂，保持碳化反应室相对湿度为70±5％；

2)、设定碳化反应室的CO

3)、碳化反应室碳化结束后即得到所述建筑制品。

进一步，所述粉煤灰的平均粒度为1～50μm，骨料的平均粒径为3.6mm～7.6mm。

进一步，所述步骤二中碱性激发剂的制备过程如下：

1)、将水玻璃与去离子水混合均匀，并持续搅拌；

2)、称取固体氢氧化钠，然后缓慢倒入水玻璃与去离子水的混合溶液中，用保鲜膜密封烧杯口，保持搅拌、溶液变得澄清后停止搅拌；

3)、待溶液冷却到室温后，将溶液转移到容器中并密封保存，至少陈置24h。

进一步，所述粉煤灰、钢渣、骨料、水和激发剂的优选配比为2:2:1:1：0.032。

碱激发固废固结二氧化碳的建筑制品的用途，将所述建筑制品用于墙体材料、路面材料、屋面材料的制备。

本发明的有益效果是：

本发明以工业固废粉煤灰和钢渣为原料，通过碱激发粉煤灰和钢渣，产生易吸收二氧化碳的C-A-S-H凝胶，较现有的C

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明坯体的成型流程图；

图3为本发明碱性激发剂的制备流程图；

图4为本发明成型坯体碳化的流程图；

图5为本发明实施例配比数据图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由图1和图2给出碱激发固废固结二氧化碳的建筑制品的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将粉煤灰作为主要原料与钢渣混合制成混合物；

其中，粉煤灰及钢渣其化学成分和矿物主要相为C

步骤一中制备混合物的具体操作如下：

按配比加入粉煤灰、钢渣、骨料和水混合搅拌均匀得到混合物；

进一步，粉煤灰的平均粒度为1～50μm，骨料的平均粒径为3.6mm～7.6mm，

优选的，骨料的平均粒径为5.6mm，标准砂的平均粒径为0.26mm，用阿基米德法测得砂和骨料的密度分别为2.5g/cm3和1.5g/cm3；

步骤二：在步骤一得到的混合物中加入碱性激发剂混合得到浆料；

进一步，碱性激发剂为氢氧化钠与水玻璃的混合物；

如图3所示，进一步，步骤二中碱性激发剂的制备过程如下：

1)、将水玻璃与去离子水混合均匀，并持续搅拌；

2)、称取固体氢氧化钠，然后缓慢倒入水玻璃与去离子水的混合溶液中，用保鲜膜密封烧杯口，保持搅拌、溶液变得澄清后停止搅拌；

3)、待溶液冷却到室温后，将溶液转移到容器中并密封保存，至少陈置24h；

其中，可以通过调节氢氧化钠与水玻璃的比例(NH/WG)来配置不同模数(SiO2/Na2O)的激发剂，外加水的多少可以调节氢氧化钠在激发剂整体中的浓度(CNH)。

步骤二中制备浆料的具体操作如下：

将碱性激发剂以水溶液形式掺入混合物内，经混合搅拌得到浆料；

粉煤灰、钢渣、骨料、水和激发剂的优选配比为2:2:1:1：0.032；

步骤三：将步骤二得到的浆料置入模具中，压制成型坯体；

在步骤三中，压制成型坯体的具体操作如下：

将置入浆料的模具在压力10MPa、保压30s的条件下，成型坯体；

步骤四：将步骤三得到的成型坯体经碳化后得到建筑制品；

在步骤四中，将成型坯体经碳化操作前，还包括：

将成型坯体在温度(20±2)℃、湿度不低于95％的室内环境中静置120min；

如图4所示，在步骤四中，将成型坯体经碳化的具体操作如下：

1)、将成型坯体置于碳化反应室中，碳化反应室采用R-24.9/12.5CO2反应室，碳化反应室中还设置吸水树脂，保持碳化反应室相对湿度为70±5％，其中，上述制备好的成型坯体在设计压力和体积分别为12.5MPa和24.9L的CO

2)、设定碳化反应室的CO

其中，纯CO

在注入纯CO

3)、碳化反应室碳化结束后即得到建筑制品。

其中，还提供关于碱激发固废固结二氧化碳的建筑制品的用途，将建筑制品用于墙体材料、路面材料、屋面材料的制备。

根据上述方案描述，现提供关于不同份量粉煤灰或/和钢渣在碱激发或/和碳化的条件下获得建筑制品的多种实施例，如图5所示；

实施例1

取一容器，按钢渣820kg·M

取一模具，将浆料置入模具中，在压力10MPa、保压30s的条件下压制成型坯体，并保证坯体在温度(20±2)℃、湿度不低于95％的室内环境中静置120min；

将成型坯体置入碳化箱内，设定碳化箱的参数为温度60℃、湿度70％、压力0.2MPa进行碳化；

碳化时间分别设定为10min、30min、8h、1d和7d，并测量固碳率，参照GB/T2542-2012《砌墙砖试验方法》对进行强度性能测试。

实施例2

取一容器，按钢渣820kg·M

取一模具，将浆料置入模具中，在压力10MPa、保压30s的条件下压制成型坯体，并保证坯体在温度(20±2)℃、湿度不低于95％的室内环境中静置120min；

将成型坯体置入碳化箱内，设定碳化箱的参数为温度60℃、湿度70％、压力0.2MPa进行碳化；

碳化时间分别设定为10min、30min、8h、1d和7d，并测量固碳率，参照GB/T2542-2012《砌墙砖试验方法》对进行强度性能测试。

实施例3

取一容器，按钢渣820kg·M

取一模具，将浆料置入模具中，在压力10MPa、保压30s的条件下压制成型坯体，并保证坯体在温度(20±2)℃、湿度不低于95％的室内环境中静置120min；

将成型坯体置入碳化箱内，设定碳化箱的参数为温度60℃、湿度70％及压力0.2MPa，并在0.2MPa的压力下保持纯CO

碳化时间分别设定为10min、30min、8h、1d和7d，并测量固碳率，参照GB/T2542-2012《砌墙砖试验方法》对进行强度性能测试。

实施例4

取一容器，按钢渣820kg·M

取一模具，将浆料置入模具中，在压力10MPa、保压30s的条件下压制成型坯体，并保证坯体在温度(20±2)℃、湿度不低于95％的室内环境中静置120min；

将成型坯体置入碳化箱内，设定碳化箱的参数为温度60℃、湿度70％及压力0.2MPa，并在0.2MPa的压力下保持纯CO

碳化时间分别设定为10min、30min、8h、1d和7d，并测量固碳率，参照GB/T2542-2012《砌墙砖试验方法》对进行强度性能测试。

实施例5

取一容器，按钢渣1640kg·M

取一模具，将浆料置入模具中，在压力10MPa、保压30s的条件下压制成型坯体，并保证坯体在温度(20±2)℃、湿度不低于95％的室内环境中静置120min；

将成型坯体置入碳化箱内，设定碳化箱的参数为温度60℃、湿度70％及压力0.2MPa，并在0.2MPa的压力下保持纯CO

碳化时间分别设定为10min、30min、8h、1d和7d，并测量固碳率，参照GB/T2542-2012《砌墙砖试验方法》对进行强度性能测试。

实施例6

取一容器，按粉煤灰1640kg·M

取一模具，将浆料置入模具中，在压力10MPa、保压30s的条件下压制成型坯体，并保证坯体在温度(20±2)℃、湿度不低于95％的室内环境中静置120min；

将成型坯体置入碳化箱内，设定碳化箱的参数为温度60℃、湿度70％及压力0.2MPa，并在0.2MPa的压力下保持纯CO

碳化时间分别设定为10min、30min、8h、1d和7d，并测量固碳率，参照GB/T2542-2012《砌墙砖试验方法》对进行强度性能测试。

根据上述多种实施例获得的建筑制品及强度性能测试结果，现得出如下结伦；

其中，实施例4中关于钢渣+粉煤灰并经碱激发和碳化获得的建筑制品固碳率最高，在碳化30min和7d后分别达到4.2％和9.8％；

实施例5获得的建筑制品固碳率在碳化30min和7d后分别达到3.2％和6.4％；

实施例6获得的建筑制品固碳率在碳化30min和7d后分别达到2.2％和5.3％。

实施例2获得的建筑制品抗压强度为6.2MPa；

实施例3获得的建筑制品抗压强度为15MPa；

实施例4获得的建筑制品抗压强度为42MPa；

实施例5获得的建筑制品抗压强度为26MPa；

实施例6获得的建筑制品抗压强度为18MPa。

由上述数据可知，在经历了“碱激发”过程后，实施例2的建筑制品抗压强度较实施例1的对比试样出现了微弱的提高，这说明在单一的“碱激发”作用条件下，虽然钢渣中硅酸二钙等矿物的活性可得到一定程度的激发，但其对于试样强度性能的作用效果有限，相比之下，经历了单一的“碳化”过程后，实施例3的强度较对比试样出现了明显的提高，这说明与“碱激发”反应相比，“碳化”反应对于试样强度性能的改善作用更为显著。

并且，当经历“碱激发+碳化”过程后，实施例4的建筑制品抗压强度性能得到了显著的提高，甚至要高于分别经历“碱激发”、“碳化”反应过程试样的强度之和(实施例4抗压强度为42MPa＞6.2MPa+15MPa)。这说明“碱激发”与“碳化”反应之间存在着一定的协同作用，可使试样的性能得到进一步提高。

当纯的钢渣实施例5和粉煤灰实施例6，通过“碱激发+碳化”后，试样也有较高的抗压强度，实施例5建筑制品抗压强度为26MPa，实施例6建筑制品抗压强度为18MPa，说明钢渣和粉煤灰混合碱激发碳化也存在协同作用，可使试样的性能得到进一步提高。

综上所述，可由上述数据实施例可知，本发明基于粉煤灰、钢渣和二氧化碳的建筑制品的制备方法，将固废粉煤灰、钢渣完全转化为新型清洁建材制品，不产生二次固废，并且钢渣和粉煤灰混合使用使能用有利于C-S-H、C3S、C2S等凝胶的生成，通过碱激发处理，更容易生成大量易吸收二氧化碳的水滑石结构，显著提升了固废和二氧化碳处理的绿色水平，所得的建筑制品具有良好的硬化性能，从而可提升电厂或相关工业领域在固废与尾气联合处理领域的技术背景和商业价值。

并且，本发明融合大宗固废转化和二氧化碳利用为整体综合解决固废和碳排放的问题，据此开发具有新型胶凝模式的建材制品将减少传统高能耗高排放型水泥基胶材料的消耗，而且，本发明技术可直接应用于具有固废和烟气排放的电厂或相关工业领域，并就地或在工厂大范围内将粉煤灰或相似固废联同二氧化碳一道转化为清洁增值的新型建材制品。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。